5月下旬,在日本汽车技术协会举办的一场学术会议上,来自丰田汽车发动机先行设计部部长友田晃利语惊四座。他宣称,丰田未来的车用发动机热效率将"很快达到50%"!
现行的车用发动机,热效率一般在30%左右,最高的也不到40%。如果热效率能提高到50%,那就意味着相比现有发动机,能耗可以降低20%-40%!如此之高的热效率,如果再搭配丰田领先行业的混合动力技术, 那么能耗可以在此基础上进一步降低30%左右!以普锐斯为例,如果发动机热效率提高到50%,百公里油耗将降低到3升左右。相信,所有竞争对手听到这里,都会倒吸一口凉气吧。
友田晃利介绍称,将车用发动机热效率提高到50%的三大利器分别是:稀薄燃烧、可变压缩比和燃料改质三项技术。他表示,丰田几年前试制的汽油发动机,通过在稀薄燃烧技术中组合增压技术,就已经使最高热效率达到了44%。当然,该发动机还面临冷却及爆震等问题需要解决。而可变压缩比技术和燃料改质技术都能进一步提高发动机的潜能。新一代普锐斯的发动机将实现40%的热效率作为向50%热效率前进的第一步。丰田宣布将于2015年内上市的新一代普锐斯所配备的汽油发动机,最高热效率将达到40%,这也是量产汽油发动机的“全球最高值”。
第一代和第二代普锐斯配备的“1NZ-FXE”发动机的最高热效率为37%,现行第三代普锐斯配备的“2ZR-FXE”的热效率为38.5%。从38.5%到40%,似乎进步不大,可是普通内燃机经过100多年的发展和进步,热效率想要再提高一点点都很困难。
丰田表示,这是通过把EGR(尾气再循环)的极限值由现行普锐斯的21%提高至28%等措施来实现的。提高EGR极限值,并增加冷却尾气的循环量,热容量就会增大,从而降低缸内气体的温度,预计可在抑制爆震的同时,使冷却损失比现行发动机减少8%。丰田将通过加快发动机的燃烧速度来提高EGR极限值,要想实现高速燃烧,重要的一点是促进缸内气体加速流动,这就需要对发动机结构做一系列改进。据推算,改进后的发动机,在转速为2000rpm时的压缩行程中,缸内气体的平均湍流速度由原来的2.5m/s提高到了3.4m/s。
不过,缸内气体流速提高也导致点火困难,为此,丰田将火花塞的点火能量由原来的35mJ提高至100mJ。看到没有,为了热效率的一点点提升,为了更加节油,工程师们真是殚精竭虑啊!
可是,车主们只要一点点不在意,这些努力就全都白费了。比如多踩几脚刹车。而最新柴油发动机热效率达44%,柴油发动机有着比汽油发动机更高的热效率,虽然柴油发动机已经很省油了,但是丰田新开发的2.8L直列4缸柴油发动机“1GD-FTV”的热效率比原来的“1KD-FTV”提高了15%以上,最高热效率达到了惊人的44%。
新型发动机将压缩比从原来的15.0提高到了15.8,摩擦损失也比原来减少28%,同时采取大量措施减少热损失,比如以增加空气流量为目的而改变了进气口的形状及配置、活塞顶部设置了新开发的覆膜、将水套的容积比原来减小一半等等;喷油压力也提高至2500bar。
如此之高的热效率,再辅以丰田的混动技术,友田晃利已经说了,丰田设想在所有扭矩范围的车辆上都配备混合动力系统,竞争对手们可能头都大了。